(57)【要約】【課題】真空チャンバーを大気開放することなく、膜厚センサーの振動子を繰り返し再生して使用することを可能にする。【解決手段】複数の振動子５を振動子ホルダー６上に設置し、検知部３に位置する振動子５の表面にある程度の膜厚の蒸着膜が堆積したら、振動子ホルダー６を回転させ、誘導電極９を有する再生部８に移動させる。誘導加熱によって振動子５の表面の蒸着膜を再蒸発させて再生する間、検知部３に位置する振動子５を測定に使用する。この工程を繰り返すことで、真空チャンバーを大気開放せずに膜厚センサーを再使用して蒸着を続けることが可能になる。【選択図】図１
2010165570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に成膜するための蒸着材料の蒸着レートを検出する膜厚センサーにおいて、
振動子と、
前記振動子に蒸着材料を堆積させ、前記振動子の重量変化を周波数のズレから検知し、前記振動子に堆積した蒸着材料の膜厚に換算して蒸着レートを検出する検知部と、
前記振動子に堆積した蒸着材料を誘導加熱によって脱離させるための誘導加熱手段と、
前記誘導加熱手段によって前記振動子を再生させる再生部と、
前記振動子を、前記検知部と前記再生部との間で移動させ、前記振動子による蒸着レートの検出と前記振動子の再生とを交互に行うための移動機構と、を有することを特徴とする膜厚センサー。
【請求項２】
成膜用の基板を保持する保持手段と、
前記基板に成膜するための蒸着材料の蒸気を発生する蒸着源と、
前記基板に成膜される蒸着材料の蒸着レートを検出する膜厚センサーと、を備え、
前記膜厚センサーは、
振動子と、
前記振動子に蒸着材料を堆積させ、前記振動子の重量変化を周波数のズレから検知し、前記振動子に堆積した蒸着材料の膜厚に換算して蒸着レートを検出する検知部と、
前記振動子に堆積した蒸着材料を誘導加熱によって脱離させるための誘導加熱手段と、
前記誘導加熱手段によって前記振動子を再生させる再生部と、
前記振動子を、前記検知部と前記再生部との間で移動させ、前記振動子による蒸着レートの検出と前記振動子の再生とを交互に行うための移動機構と、を有することを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空蒸着装置等の成膜装置に用いられる膜厚センサー及び成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ表示装置は高輝度、低消費電力が実現でき、液晶表示装置にかわる表示デバイスとして、薄型、高速応答性、高視野角を特徴とし、今後の表示デバイスのトレンドとして注目されている。有機ＥＬ表示装置の製造方法には大きく分けて２通りがある。一つは、低分子型有機ＥＬ材料をマスク蒸着により成膜する方法であり、もう一つは基板上に予めリブを形成した後、該リブに囲まれた凹部にインクジェット法等により高分子型有機ＥＬ材料を供給する方法である。このうち、インクジェット法等により高分子型有機ＥＬ材料を供給する手法は、使用する高分子型有機ＥＬ材料の開発が未だ途上であり、現段階では商品化は実現していない。一方、蒸着法を用いる手法については、既にパッシブマトリクス方式のモノカラー、及び、エリアカラーパネルにおいて既に商品化されている。
【０００３】
図３は、有機ＥＬ膜材料の蒸着装置を示すもので、真空チャンバー１０１内の下部に蒸着源１０２が設置され、蒸着源１０２の上部に有機ＥＬ膜材料の蒸気放出口１０３がある。蒸気放出口１０３の上方には、蒸着マスク１０４と基板１０５がそれぞれマスクホルダー１０６と基板ホルダー１０７によって支持されている。
【０００４】
少量生産（バッジ式）の場合には、成膜用の基板（被成膜基板）と１回の蒸着分の蒸着材料を成膜毎に収容し直すことが繰り返される。しかし、大量生産を行う場合には数回から数百回分の蒸着材料を真空チャンバーに常設された蒸着源内のルツボ容器に予め収容しておき、真空チャンバーは真空を保持し、基板のみロードロック室を介して蒸着毎に交換している。
【０００５】
この蒸着装置において有機ＥＬ素子の薄膜を大量生産する場合、蒸着材料は大容量のルツボに収容することで多数枚の基板に薄膜を蒸着することが可能であり、基板１０５はロードロック室を介し蒸着毎に交換すればよい。蒸着中の蒸着レート（蒸着速度・蒸着膜厚）の計測は水晶振動子（振動子）を備えた膜厚センサー１０８を基板近傍に固定しておき、振動子に蒸着材料が付着しその重量変化によって生じる振動数（周波数）の変動を計測することで行われているのが一般的である。
【０００６】
振動子の重量変化に対する振動数の変動はほぼ直線性を持つ関係を示すが、振動子上の蒸着膜が一定の重量に達するとその重量変化と振動数の変動は不規則な関係になり正確性を失う。このため、非特許文献１に示されているように、複数の水晶振動子を回転可能なホルダーに円周状に配置し、振動子に蒸着膜が一定量付着したらホルダーを回転させ順次新しい振動子に交換する構成が用いられている。
【０００７】
【非特許文献１】Ｉｎｆｉｃｏｎ社テクニカルノート  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ  ａｎｄ  Ｍｏｎｉｔｏｒｓ  Ｂ４．１３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記従来の技術によれば、膜厚センサーに設置できる振動子の個数は最大でも１０数個程度が寸法的に限界である。薄膜の大量生産を考慮すると、ロードロック室を介して無制限に投入できる基板や大容量のルツボを搭載した蒸着源に対して振動子の寿命が小さい。このことは有機ＥＬ用薄膜の大量生産において振動子のメンテナンスサイクルが蒸着システム全体のメンテナンスサイクルを律速することを示している。
【０００９】
本発明は、成膜装置の真空チャンバーを開放することなく振動子を繰り返し再生して使用することが可能である膜厚センサー及び成膜装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明の膜厚センサーは、基板に成膜するための蒸着材料の蒸着レートを検出する膜厚センサーにおいて、振動子と、前記振動子に蒸着材料を堆積させ、前記振動子の重量変化を周波数のズレから検知し、前記振動子に堆積した蒸着材料の膜厚に換算して蒸着レートを検出する検知部と、前記振動子に堆積した蒸着材料を誘導加熱によって脱離させるための誘導加熱手段と、前記誘導加熱手段によって前記振動子を再生させる再生部と、前記振動子を、前記検知部と前記再生部との間で移動させ、前記振動子による蒸着レートの検出と前記振動子の再生とを交互に行うための移動機構と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の成膜装置は、成膜用の基板を保持する保持手段と、前記基板に成膜するための蒸着材料の蒸気を発生する蒸着源と、前記基板に成膜される蒸着材料の蒸着レートを検出する膜厚センサーと、を備え、前記膜厚センサーは、振動子と、前記振動子に蒸着材料を堆積させ、前記振動子の重量変化を周波数のズレから検知し、前記振動子に堆積した蒸着材料の膜厚に換算して蒸着レートを検出する検知部と、前記振動子に堆積した蒸着材料を誘導加熱によって脱離させるための誘導加熱手段と、前記誘導加熱手段によって前記振動子を再生させる再生部と、前記振動子を、前記検知部と前記再生部との間で移動させ、前記振動子による蒸着レートの検出と前記振動子の再生とを交互に行うための移動機構と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
使用済みの振動子を誘導加熱し、表面に付着した蒸着材料を再蒸発させ振動子を再生する構成であり、誘導加熱は、渦巻き状の誘導電極に近接した振動子上の蒸着膜に電磁誘導で発生する渦電流によるジュール熱を利用するため、発熱部が振動子表面に限られる。このように、加熱部分が振動子に限定されるので、熱容量が小さく、短時間で昇温させ、蒸着材料の再蒸発を行い降温させることが可能となる。
【００１３】
さらに、振動子のみの短時間加熱であるから、発生する熱量が非常に少なく、周囲への熱拡散量も非常に少ないため、振動子周辺の部材の温度差によるひずみも抑制することができる。したがって、成膜中の基板に大きな影響を及ぼすことなく、また、真空チャンバーを大気開放することなく、振動子を繰り返し再生して使用し続けることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の膜厚センサーは、振動子を複数保持する移動機構である振動子ホルダーを有し、振動子ホルダーは、各振動子を誘導加熱によって再生する再生部と蒸着レートを測定するための検知部とに交互に移動させる。振動子の加熱再生は非接触の誘導加熱により発生する渦電流のジュール熱により行われる。また、加熱再生中の振動子表面は、遮蔽壁で覆われて蒸着空間から隔離されている。
【００１５】
このように、振動子を複数搭載し、１個の振動子を誘導加熱により再生している間は別の振動子を用いて蒸着レートの測定を行う。この時、測定値が変動しないように測定は常に同じ位置で行う。また、振動子から再蒸発した蒸着材料が成膜用の基板や蒸着源に入射し蒸着空間を汚染することを防ぐために、再蒸発した蒸着材料を収集することもできる。
【００１６】
具体的には、回転可能な振動子ホルダーに複数の振動子を配置し、各振動子を、検知部と誘導加熱による再生部との間で振動子ホルダーの回転運動により交互に行き来させることで測定と再生を同時に行う。振動子の誘導加熱による再生中は、蒸着材料の真空中に於ける沸点以下に保持された遮蔽壁の内側に蒸着材料が付着した振動子表面を曝露させ、振動子表面から再蒸発した蒸着材料を遮蔽壁に吸着させることで蒸着空間の汚染を防止する。
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例】
【００１８】
図１及び図２は、一実施例による膜厚センサーを示す。遮蔽壁１は、図示しない構造体により支持されており、内部に形成された空所２に冷却水を循環させることで、遮蔽壁１を蒸着材料の沸点以下に冷却する。遮蔽壁１は、蒸着レートを検出する検知部３に測定用の穴４を備え、蒸着材料の蒸気が穴４を通って検知部に位置する振動子５の表面に堆積（付着）する。振動子５は、移動機構である振動子ホルダー６に複数設置されていて、検知部３に位置する振動子５には裏面から接続端子７が接触する。接続端子７は、図示しないオッシレーターに電気的に接続されている。測定に関与していない振動子５は、再生部８において裏面側から誘導加熱手段である誘導電極９を近接させ、蒸着材料の真空中に於ける沸点以上の温度に誘導加熱され、振動子５に付着した蒸着材料を蒸発させることで再生される。振動子ホルダー６は、回転・前後運動が可能な駆動系１０により支持されている。また、接続端子７と誘導電極９は、それぞれ検知部３と再生部８に、図示していない構造体により支持されている。
【００１９】
以上の構成に於いて、一般的な有機ＥＬ膜材料であるＡｌｑ３の蒸着を行った。蒸着システムは図３に示した成膜装置を用いた。真空チャンバーの下部に蒸着源が設置され、蒸着源から発生する有機ＥＬ膜材料の蒸気の放出口の上方に基板を保持する保持手段が配置され、基板の前面に蒸着マスクが設置される。本実施例の膜厚センサーは、基板に隣接して蒸着源に向かって設置されている。
【００２０】
まず、蒸着源が加熱され、３００℃で安定した時、図示していないシャッター板を開放して蒸着を開始した。この時の蒸着レート（蒸着速度）は膜厚センサー上で１０Å／ｓｅｃであった。
【００２１】
図１に示す状態で、蒸着材料の蒸気を遮蔽壁１の穴４を通って検知部３に位置する振動子５の表面に付着（堆積）させ、その重量変化による振動数（周波数）のズレを振動子５に堆積した蒸着材料の膜厚に換算して蒸着レートを検知する。６０秒後に膜厚が約６００Åになった所でシャッターを閉じ基板を新しいものに交換し、再び蒸着を開始した。蒸着レートは常に１０Å／ｓｅｃを維持するように蒸着源の温度を制御した。
【００２２】
上記の蒸着工程を３０回繰り返した所で振動子ホルダー６を駆動系１０によって遮蔽壁１に近づく方向に移動させた。図２は、この時の位置関係を示す図である。次に、駆動系１０により振動子ホルダー６を１８０度回転させた後、図１に示すように、接続端子７を検知部３の振動子５と接触させ、誘導電極９を再生部８の振動子５に近接させた。このようにして、表面に蒸着材料が付着した振動子５は再生部８に移動し、新しい振動子５は、検知部３の接続端子７に接続された。
【００２３】
この後、再び蒸着工程を開始し蒸着レートは新しい振動子５で測定を行った。蒸着工程を行っている間に、再生部８に移動した振動子５には、誘導電極９に５０ＫＨｚ・１００Ｗの高周波を１８０秒印加した。これによって、振動子表面に付着していた蒸着材料は加熱・気化し、振動子表面から脱離して、振動子５の前面に位置する冷却された遮蔽壁１の内側に付着した。
【００２４】
蒸着工程を３０回繰り返した後、再度振動子ホルダー６を駆動し、再生済みの振動子と蒸着材料が付着した振動子を入れ替えた。
【００２５】
このような蒸着レート測定と振動子再生の工程を２０回繰り返した後、蒸着源を冷却し蒸着を終了した。蒸着源が室温になった後に真空チャンバーを大気開放し、振動子を観察したところ、再生工程を経た振動子表面にＡｌｑ３の付着は認められなかった。また、蒸着した全ての基板の膜厚を測定したところ、基板中心部の膜厚は６００±４０Åで安定していた。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】一実施例による膜厚センサーの構成を示す模式断面図である。
【図２】図１の装置において振動子ホルダーの駆動中の状態を示す模式断面図である。
【図３】有機ＥＬ膜材料の蒸着装置を説明する図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    遮蔽壁
２    空所
３    検知部
４    穴
５    振動子
６    振動子ホルダー
７    接続端子
８    再生部
９    誘導電極
１０    駆動系
【図１】
2010165570.tif 000003
【図２】
2010165570.tif 000004
【図３】
2010165570.tif 000005